分子模拟实验1
实验一 — 分子结构优化计算
要求: 1. 熟悉Chem3D软件 2. 掌握分子结构的绘画方法 3. 掌握分子结构的最优化和调整技巧 4. 了解复杂分子结构的绘画
实验一 — 分子结构优化计算
内容: 1. 建模 — 几种分子结构输入的方法 2. 处理 — 加氢饱和价键; 加电荷 3. 优化 — 分子结构参数的最优化 4. 合理化 — 分子结构确定
实验一 — 分子结构优化计算
步骤 1: 建模的三种方式 分子式输入直接建模
实验一 — 分子结构优化计算 总结限制规则: • 简单常见分子 • 区分大小写 • 总是取价键结构 • 与分子式写法有关 • 可以同时输入多个分子
步骤 1: 建模的三种方式 分子式输入直接建模
输入 CO, CO2, NO2, NO3, C2N2 C2H6, CH3CCl3, C3H6, C3H4 C6H6, C6H5OH, C10H8 HCOOH, CH3OH, CH3COCH3, CH3COOCH3, NH2CH2COOH, C2H5NO2 H2SO4, HNO3, H3PO4, H2CO3
问题1-1. 对于红色标记的分子, 怎样获得正确的结构?
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步骤 1: 建模的三种方式 化学键建模
默认是C原子!
单键
双键 三键
虚键
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步骤 1: 建模的三种方式 化学键建模
单键
碳链
碳环
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步骤 1: 建模的三种方式 化学键建模 问题1-2. 画“三键链”的结果是什么? 问题1-3. 画出多个联苯环的共轭结构.
双键 单双键交替
双键链 成环 自动共轭
三键
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步骤 1: 建模的三种方式 化学键建模 可以用字符输入改变原子
点击要改变的原子 输入目标元素
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步骤 1: 建模的三种方式 化学键建模 可以改变键级
选中要改变的键 点击鼠标右键 或用快捷键 ctrl+1, 2, 3
设置键级
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步骤 1: 建模的三种方式 ChemDraw→Chem3D建模
2D平面图
3D分子结构图
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步骤 1: 建模的三种方式 ChemDraw→Chem3D建模 键 ChemDraw工具栏 碳链 环
选择 字符 电子云
样本
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步骤 1: 建模的三种方式 ChemDraw→Chem3D建模
局限性: •不是优化结构 •不会自动调整 •适用一些简单分子
实验一 — 分子结构优化计算 c60.gjf 步骤 1: 建模的三种方式 另外, 还可以直接从输入文件建模 *.cif, *.gjf, *.pdb, *.mol, .... ... 文件格式可以通过其他软件转换获得
实验一 — 分子结构优化计算 步骤 2: 后处理 — 加氢饱和价键
shift+左键 选择原子 Rectify
Rectify 一定要确定键级后才能正确加氢!
实验一 — 分子结构优化计算 步骤 2: 后处理 — 加氢饱和价键
单键
双键
实验一 — 分子结构优化计算 步骤 2: 后处理 —加电荷
“+0” 恢复电中性
实验一 — 分子结构优化计算 步骤 2: 后处理 —加电
荷
H2CO3
CO3
CO32-
实验一 — 分子结构优化计算 步骤 2: 后处理 —加氢, 加电荷 问题1-4. 画出脯氨酸的分子骨架, 并正确加氢加点荷
中性
等电点
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步骤 3: 分子结构参数的最优化
自动调整 初始坐标 调整坐标
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步骤 3: 分子结构参数的最优化
自动调整
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步骤 3: 分子结构参数的最优化
简单的MM2分 子力学调整 初始坐标 优化坐标
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步骤 3: 分子结构参数的最优化 问题1-5. 按如下步骤, 计算水的二聚体的结构, 考查不同理论方法所得结果的影响 1-5a: 按下图画出(H2O)2的3D结构
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步骤 3: 分子结构参数的最优化 问题1-5. 按如下步骤, 计算水的二聚体的结构, 考查不同理论方法所得结果的影响 1-5b: 用MM2优化, 记录氢键长度(OO)和能量E1
1-5c: 用MM2优化单个H2O分子, 记录能量E2. 计算氢键强度D = E1 - 2E2
1-5d: 用Gamess优化, 记录氢键长度(OO)和能量E1 1-5e: 用Gamess优化单个H2O分子, 记录能量 E2. 计算氢键强度D = E1 - 2E2
Gamess按如左图设置 HF/6-31++G(d)
1-5f: 用Gamess优化, 记录氢键长度和能量E1 1-5g: 用Gamess优化单个H2O分子, 记录能量 E2. 计算氢键强度D = E1 - 2E2
Gamess按如左图设置 MP2/6-31++G(d)
1-5f: 用Gamess优化, 记录氢键长度和能量E1 1-5g: 用Gamess优化单个H2O分子, 记录能量 E2. 计算氢键强度D = E1 - 2E2
Gamess按如左图设置 B3LYP/6-31++G(d)
1-5h: 用Mopac优化, 记录氢键长度和能量E1 1-5i: 用Mopac优化单个H2O分子, 记录能量E2. 计算氢键强度D = E1 - 2E2
Gamess按如左图设置 PM3半经验
1-5j: 水二聚体的实验结果: • • • 氢键长度: O...O = 2.9 - 3.0 Angstroms 氢键强度D = 5 kcal/mol 哪种计算方法是最好的?
(H2O)2计算参考输出结果
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步骤 4: 合理化 — 分子结构确定 分子中关键原子的类型确认 将光标置于所关心的原子上
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步骤 4: 合理化 — 分子结构确定 分子中关键原子的类型确认 问题1-6. 指出下列分子中各原子的类型(氢除外) CO2 HCN CH3SCH3 C6H5NH2 C2Cl4 CH3NO2
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步骤 4: 合理化 — 分子结构确定 分子结构的合理显示 点右键, 选择
紫杉醇 (泰素, taxol)
三个醇-OH 一个-NH
实验一 — 分子结构优化计算 步骤 4: 合理化 — 分子结构确定 分子结构的合理显示
实验一 — 分子结构优化计算 步骤 4: 合理化 — 分子结构确定 分子结构的合理显示
关键基团 结合
辅助基团 趋向
“具有化学意义的分子结构表示”
实验一 — 分子结构优化计算 步骤 4: 合理化 — 分子结构确定 分子结构的合理
显示
问题1-7. 从样本文件中取出如下催化剂分子, 做出你认 为有“化学意义”的分子结构图, 并说明原因.
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